我是誰我從哪來?古DNA將揭開人演化的面紗

我是誰我從哪來?古DNA將揭開人演化的面紗
2018年05月03日 08:33 科學大家

  出品 | 新浪科技《科學大家》、墨子沙龍

  撰文 | 付巧妹 中國科學院古脊椎動物與古人類研究所研究員

  “我是誰?我從哪來?”,自從人類有了文明,關于人類的演變歷來是科學家、哲學家比較關注的科學問題。世界各地的古人類學家都在用自己的方式去尋找答案。在科學高度發達的今天,技術的進步讓我們有能力在現實中追本溯源,而古DNA研究,是目前比較有效的的研究方法之一。簡言之,就是利用古人類的DNA來了解當時人群的遺傳關系,進而可以了解到當時人類發生過什么。近十年來,結合最新的DNA提取、富集、測序方法,科學家才得以揭開早期現代人演化的神秘面紗。

  進化的源頭:DNA復制錯誤

  說起古DNA可能有人不是太熟悉,但提起染色體,相信每個人都不會陌生。染色體是有一個非常重要的雙螺旋結構,對我們整個遺傳非常重要。通過雙螺旋結構中的堿基互補,賦予了DNA神秘的魅力。在堿基互補的過程中,并不是非常精確的,有時候會出現一些復制錯誤。而就是這些錯誤,對我們人類演化是非常重要的。舉例來說,黑猩猩跟人類是比較相近的,但兩者的遺傳物質只有1%的差異,也就是說99%的遺傳物質,其實是和人類一樣的。

人類的23對染色體人類的23對染色體

  那么我們人與人之間到底有多大的差異?是在剛才說的1%的前提下,減小了10倍,也就是千分之一的差異。在這種情況下,我們人體中到底有多少這樣的染色體?我們一共有23對染色體,其中有一對是性染色體,也就是這一對性染色體,決定了我們的性別。當第一個受精卵產生的一瞬間,由父親和母親提供的X和Y決定了我們的性別,在這種過程之中,其實他也告訴了我們染色體是由父親、母親各一半提供給下一代的。

  其實在我們人體中,除了染色體以外還有別的物質,也是帶有遺傳特點的。比如線粒體,它跟染色體有些不一樣,它主要是通過母系遺傳,它的遺傳物質相對要少很多。但是它在我們整個細胞中,會比剛剛看到的核多很多。比如在上面的這個細胞示意圖里面,就有非常多的線粒體,但線粒體它的遺傳物質很少。而其中只有一個細胞核,核里有我們剛看到的23對核染色體。

  古DNA是什么

  那么我們不由回到探索人類演化,我們就很好奇在過去的幾萬年、幾十萬年里,其實有很多人類存在。在這種存在過程中,在遠古的時候,可能大家對于當時人類的認識,更多地是認為他們需要生存,能夠生存下去是首要條件,是不是那個時候人就只有一個非常簡單的生活?

古人類創造的藝術品古人類創造的藝術品

  其實并不是這樣,比如說上圖中的藝術品,其實都是幾萬年前人創造的。比如說這里看到的古笛,他是幾萬年前在德國(出現的),這里看到的雕像也是幾萬年前的。所以,在幾萬年前的人并不只有簡簡單單的生存需求,他們也有精神上的需求。在這種情況下,我們非常好奇在幾萬年前是不是存在過很多不一樣的人,比如跟我們現代人不一樣。

  我們可以看看這兩個圖片中的骨架,其中一個就跟我們現代人非常相似了,另外一個就非常不一樣。這一邊(左)其實是跟我們現代人不一樣的,這個(右)是跟我們現代人一樣的。這邊不一樣的其實就是尼安德特人的骨架,非常明顯的他有這種倒啞鈴的形狀,而我們現代人并不是這樣,他還有很多體質上的不一樣。我們是不是可以通過這些人的相關遺傳,了解過去發生什么,同時也讓我們了解我們是誰,我們從哪里來,通過更多的研究讓我們知道呢?是的。這種研究是通過什么?就是古DNA。

  那么古DNA是不是就像這里看到的,我們可以很粗略地把遺傳物質從相關的骨骼中獲得,就可以直接做相關研究呢?并不是這樣。首先,其實古DNA的對象并沒有一個局限,我們雖然大多數用的是骨骼,但是即使是在相關的土壤中,我們也能夠獲得古人類的DNA。像2017年Science上就報道過,利用這種土壤的DNA,獲得古人類的DNA。也就是說只要是跟古人類樣品有關的,都可以成為我們的研究對象。

  在上世紀九十年代(PCR時代),其實已經開始做了非常多的古DNA(的研究),但是在當時出現了很多的問題。為什么這么講?比如說這里看到的圖片中的琥珀中的DNA、化石中的DNA,甚至有人在恐龍中發現了相關的遺傳物質,后來都發現它其實主要來源于污染,它并不是真正屬于個體的內源DNA。這讓我們看到,古DNA可能跟現代DNA不一樣。

  那么到底有什么不一樣呢?可以看看這張圖片,如果從血液中獲得相關DNA的話,有很大程度上都屬于個體本身,而且它的片斷非常長。但是對于古DNA,即使你的研究對象是這個直接對象的骨骼,里面的DNA也只有少量是屬于內源DNA,很多情況下都是微生物的DNA,而且這種情況下它的DNA片斷非常短。所以如果我們研究對象是人類的話,這時候如果有少量污染,對于現代DNA影響并不大,但是對古DNA影響非常大。

  所以在這種情況下,我們不光要做很多預防,在后期的評估過程中也會做很多工作。當然在這個過程中,我們即使在實驗中做了很多事情,在出土過程中,其實也經歷了很多歷程,所以它可能(在實驗之前)就已經存在了很多污染。不管怎么樣,我們在實驗過程中,盡量保證不要帶來這種污染,比如我們會使用超凈室這種絕對的封閉環境,包括不受微生物的影響等等一系列的操作。比如這里看到的防護服,還有細微的操作,保證我們在實驗過程中,盡量不要對后期帶來更大的影響。同時我們會加很多這種特殊的編碼,保證我們每個個體之間是可以分開的。

從骨骼中提取樣品從骨骼中提取樣品

  另外還有一點,大家也意識到,其實我們在獲得樣品過程中,盡量減少對他體質的影響,可以看到我們在這里,只是對他骨骼中非常小的部分取一個骨粉,所以影響并不大,對他們的其他研究并沒有受到我們的影響。

  此外我想給大家說一下,古DNA可以這么講,雖然在上世紀八十年代就已經興起,但是在最近十年,可以說是古DNA迅速發展而且非常繁榮的階段,它的繁榮其實跟它的技術還有大數據挖掘有很大的關系。比如古DNA跟下一代測序儀(二代測序)結合,出現了第一個古人類尼安德特人的基因組草圖,同時也出現了未知的古人類,丹尼索沃人。另外高效的單鏈文庫建設,使得我們獲得了高質量的古DNA組。這個高質量什么概念?就是跟我們通過現代的某一個個體獲得的基因組質量,是可以相媲美的,而且后期很多人用這個做了相關研究。另外一個很重要的,就是我們開發了有效捕獲大量的核DNA(的技術),使得之前微生物含量很高的樣品,都成為我們研究的可能(對象)。

  另外就是有效地獲得短片段,這個字眼可能并不起眼,但是我可以通過一個實例讓你知道它的重要性。比如說在2014年前的研究,都認為古DNA是跟生物化學中DNA降解有很大關系的,所以在常規環境下,它的極限時間是十萬年,也就是說十萬年以內的DNA是可能獲得的,十萬年以上的DNA是很難獲得的。但是通過這樣有效富集古DNA(的技術),使得這里看到的非冰凍層里的DNA提取,由原來的十萬年,提升到了四十萬年,而且這個四十萬年就是一個古人類的遺址,讓我們獲得了很多信息。所以我們可以看到DNA技術的開發對于古DNA的影響,同時由于技術帶來大量的數據,使得我們這個領域跟生物信息還有數據挖掘,也有很大的關聯。

高效捕捉DNA高效捕捉DNA

  在這里我想取其中的一個技術,也就是有效富集大量核DNA,它對于這個領域是怎么推動的,而且它本身捕獲的方式是什么樣的情況。首先我們會涉及非常多的跟基因組有關的探針和位點,在這個基礎上,我們再把相關骨樣中的DNA跟探針進行富集,這個原理和常規的一樣,但是我們有很關鍵的針對探針的擴增(技術),使得我們能夠有效地獲得古DNA。雜交以后,把它固定在對應的磁珠上,最后洗滌掉溶液中的古DNA,就達到了富集作用。

  我想通過實例讓大家知道這個效果,這里看到的實例是距今四萬年前的一個個體,他的DNA,比如21號染色體,在這個個體中只占到了0.0003%(在富集以前),但是在富集之后,他的DNA能達到47%,而且富集過程中,我們把它的復雜性也保留下來了。由于這項技術的開發,也使得我們研究的古DNA對象大大擴大。比如近三年的這些研究中的很多研究對象,是來自大洋洲這種炎熱的地方,甚至是非洲,甚至是四十萬年前的個體,都使得原來不可能獲得的相關數據成為可能。在這種情況下,其實我想讓大家知道,雖然這個領域在近十年發展得非常迅猛,但是在這個過程中,也是跟我們相關人員的努力(分不開的),相關人員對很多不同的挑戰,以及在這個過程中保持的科學好奇心,才使得我們剛剛看到的繁榮成為可能。

  人類演化歷史

人類演化人類演化

  接下來我要給大家稍微介紹一下人類演化,在這里只是簡單地給一些背景。比如說我們都知道,人類的祖先最早出現在非洲,目前爭議最大的是現代人的起源,但是對于人類本身的起源是沒有任何爭議的。而我們的研究框架是在人類整個大的框架下進行的延續。雖然人類在180萬年前走出非洲,但是之后有很多不同的類型在我們現在的歐亞大陸上都有發現。比如這里看到的尼安德特人,還有亞洲這邊的丹尼索沃人,還有大家都知道的北京人、大荔人、馬壩人等等。

  但這里指的兩個人,是我們目前有核基因組的相關的個體。我們有相關個體之前,很多人認為相關現代人走出非洲的時候,很有可能是完全取代當時的古人類,而沒有任何基因交流的。但是一直到2010年的時候,也就是尼安德特人第一個基因組草圖出來的時候,才知道這種絕對取代并非真實的。因為尼安德特人,對于我們現在的現代人,只要不是非洲人,都會有1%到2%甚至4%的尼安德特人的基因組,這是在2010年通過尼安德特基因組草圖才知道的。

  另外一個人就是丹尼索沃人,丹尼索沃人并沒有像尼安德特人對所有的人群都有影響,他主要是對于大洋洲(有影響),之后我們還會針對這兩個人群,給大家做更多的介紹。但在這里,我主要想讓大家知道,在過去的幾萬年里面,其實發生了非常多的故事。在早期現代人跟這些滅絕的古人類或相關古人類共存的階段里面,到底這些早期現代人是怎么演化成現在的亞洲人還有歐洲人的呢?還有他們在共存的過程中發生過什么?接下來主要針對這兩個主線向大家介紹。

  首先是關于它的不同人群,就是現代人群形成的特點。在2016年以前,早于7000年的基因組個體是非常少的,只有零星幾個,但是在2016年,由于剛提到的富集的方法,使得我們從幾個個體,擴展到了51個個體。這51個個體針對的是基因組,基因組的染色體是父母相互互補,然后對后代影響。這一個個體代表了跟這個個體相關的所有的群體。所以這51個個體,對于我們研究冰河時期(的古人類很有幫助)。大家可能對冰河時期的概念不是很清楚,但是末次冰期大家可能聽過,也就是說這51個個體大概是從4萬5千年前到距今7千多年,它經歷了末次冰期還有末次冰期結束。在這個過程中,我們就非常好奇這些人在這種環境下,會有什么影響?

末次盛冰期末次盛冰期

  這張圖里看到的整個灰色的區域,就是被冰蓋覆蓋住了。曾經在兩萬九千年前后,地球上經歷過一個末次冰期里面最寒冷的階段,也叫做末次盛冰期,大約是從兩萬六千年到一萬九千年前,而且在末次盛冰期的階段,整個歐亞大陸,尤其是歐洲這邊的北歐,都被冰蓋覆蓋住了。在這種情況下,當時的生存是非常嚴峻的,對于人類來講是如此,對動物也是如此。我們都知道其實在末次盛冰期這個階段,有很多動物滅絕了,比如這里看到的猛犸象,還有披毛犀等等。在這個階段里,人類何去何從?

  古人類對于現代人群的影響

  首先,我們看到一個非常有意思的現象。就是距今大概四萬年前后,有兩個不同的個體告訴了我們類似的信息。四萬年前的相關群體中,有還沒有成為歐洲人或亞洲人的群體,也就是說他既不是歐洲人,也不是亞洲人,但他已經是歐亞大陸的人群了。比如說四萬五千年前的Ust’-Ishim個體,他是目前為止有直接測年的最早的早期現代人,(我們)獲得了他的基因組,而且通過這個基因組,我們了解到不管是針對歐亞大陸中哪一個人群,他都不是最相關的,但是相對于非洲人來講,他還是跟歐亞大陸人群最接近。

  在這種情況下,他告訴了我們什么?在這里只是簡單地讓大家知道它蘊含的含義。在我們這個研究之前,很多人通過現在的基因研究,認為進入到亞洲主要是兩次事件,一次事件是從南線進入到大洋洲,這是稍早一次,第二次稍晚是進入到東亞,這是主要的兩次遷徙到亞洲的特點。那么我們這個個體,他是在北亞,在這種情況下如果他也符合剛才說的南線的遷徙的話,他應該跟后期的這個人群更近,跟大洋洲這些人群更遠,但是我們研究發現并不是這樣。所以至少告訴我們早期人類很有可能是輻射進入到亞洲,并不是簡單的一個南線。

  另外一塊有意思的是,即使四萬年前還存在著沒有成為歐洲人或者亞洲人的人群,但是在這個時間階段,同樣也存在已經成為歐洲人的人。比如這里的三萬七千年前的個體,他對他之后的以及現在的歐洲人,都有很大的影響,他已經有歐洲人的系統的信息了。但是還有一個很重要的信息,這個三萬七千年前的個體,他對于三萬七千年到一萬四千年前整個時間段里的人群,其實是非常相似的,雖然內部有很多不一樣,但是外部的人群對他沒有太大的影響。

  此外我們還想讓大家了解到,在這個時間段里歐洲有一個非常特別的文化,叫做格拉維特文化。大家可能會好奇這個文化有什么特點?這個文化對于寒冷環境是非常非常適應的,比如他會使用猛犸象搭帳篷。不管怎么樣,很多考古學家甚至人類學家都認為,因為他適合這種寒冷,所以他在整個歐洲甚至西伯利亞,都有發現相關類型的文化,所以當時認為這個相關人群的遷徙能力非常強,能夠把文化傳遞到這么遠的距離。

  但是我們的研究發現一個非常有意思的現象。首先,這些人都是幾萬年前的人,通過他的這些藝術品,我們可以看到確實兩邊有非常相似的文化,但是我們通過遺傳發現,在歐洲這些文化的人,確實他們之間有很大的遺傳相似性,但是在西伯利亞的人群,他并沒有跟歐洲的相同文化的人群聚在一起,他們并不是同一個類群的。所以讓我們看到了,文化相同的情況下,并不意味著這些人群一定是相同的。

  另外一個有意思的現象是什么?就是三萬五千年前比利時的一個個體,這個個體之后就是剛剛說到的格拉維特文化,但我們并沒有看到這兩個直接相關的人群有直接的聯系,反而這個人群突然對他很久之后時間里面的人群有影響,這個人群就是一萬九千年到一萬四千年前的人群。至少讓我們知道,當時的人并沒有一個連續的(影響),反而是一個古老人群在某一個時間段里,突然對后期的某個特殊的時間段里的人群有影響。這其實也告訴我們人群的一個反轉,在之前的研究是根本不知道的。

  我們也是通過資料發現,如果大家對這個時間有一定敏感性的話,其實這里的一萬九和一萬四,一個是末次盛冰期結束的時候,一個是末次冰期快要結束的時候,所以這個反轉跟環境氣候有什么關系呢,我們不知道,但是可以看到它們肯定是有聯系的。

  在這種情況下,我們還看到一個有意思的現象。我們把所有的歐洲人從不同時間段進行排序,把這些歐洲人跟我們外界的現代人,比如說亞洲人、非洲人、美洲土著人還有東亞人、包括近東人等等一系列的人群進行比較,我們發現其中有一支人群,也就是近東這些人群,他對于不同時間的歐洲人的影響都不一樣。比如說一萬四千年前,在此之前歐洲人跟他沒有直接聯系,但是在此之后的人群,非常顯著地跟近東人群有聯系。而且一萬四千年(這個時間節點)跟末次盛冰期有很大的關聯。當然我要強調的是,我們的研究都不是基于氣候來看它的時間段,都是基于遺傳本身提供的信息告訴我們這個時間,然后在這個基礎上,我們了解分段時間可能跟什么相關。所以兩邊是絕對獨立的,在這種情況下讓我們看到了可能全球變暖的現象,對于人群結構的影響還有融合是有很大關系的。

典型的歐洲人——金發碧眼典型的歐洲人——金發碧眼

  而且更有意思的是,在一萬四千年前后的歐洲人,他眼睛的顏色是完全不一樣的。一萬四千年之前的歐洲人,他并沒有藍色的眼睛,只有一萬四千年之后才出現了藍色的眼睛。而且在很大情況下,歐洲人的白色皮膚比藍色眼睛出現的時間還要晚,所以我們現在所謂的典型的歐洲人——金發碧眼,就是藍色眼睛和白色皮膚,并沒有說在一萬多年前就有,其實是之后才出現的。

  大家肯定覺得您說了這么多關于歐洲人(的信息),到底東亞是個什么情況?去年十月份,我們獲得了第一個東亞人的古基因組,而且這個古基因組經歷了一定的歷史。這個古基因組是距今四萬年前的田園洞人,是在北京發現的。這個四萬年前的田園洞人,其實在2013年的時候我們做了一點點線粒體、還有21號染色體的工作,但是當時只是一個數據,而且局限于當時可以考慮的數據,他其實存在一個很重要的需要解決的問題——就是后來發現現在所有的歐洲人,在近農耕時期(也就是在農業來到歐洲以后),相關外來的農耕人群,對于歐洲人群是有一個非常大的換血,換血到什么程度?

  有40%多的歐洲人成分,現在的人跟當時的狩獵采集的人群是完全不一樣的,而這個40%是來源于近東里面的古老的歐亞人,而這個古老歐亞人的成分會比歐亞分離之前還要早。所以在這種情況下,我們如果使用現在的歐洲人群研究的話,會使得里面很大的古老的歐亞人群的成分,使得我們把東亞人和田園洞人看起來更近。所以這種情況下,我們需要拿田園洞的基因組信息跟沒有受到農耕人群影響的這些歐洲早期的人群進行比對,從而知道我們的田園洞人,到底是東亞人,還是說他還沒有成為東亞人,因為田園洞人是四萬年前,剛剛也提到了四萬年前其實存在非東亞人和非歐洲人的群體。所以在這種情況下,田園洞人雖然生活在北京,但并不意味著他在那個時候已經是東亞人了。

  所以去年我們通過不同的方法獲得了類似的信息,圖中越紅的顏色,就代表田園洞跟這個地點上的人群越相似。這里可以看到整個東亞的紅色還有美洲的紅色是最顯著的,而且它不僅是跟現代歐洲人比較,跟當時古老的歐洲人群比較也是如此。所以在這種情況下,我們首先明確,田園洞人已經是東亞人,但是當我們把他跟全世界不同人群進行比較的時候,比如在歐洲內部跟田園洞人進行比較的過程中,發現比利時的一個人相對別的地區的歐洲人,他會跟田園洞人更近。這種情況下告訴我們什么?告訴我們至少在當時的歐洲和亞洲,并不是一個絕對分開的狀態,不是簡單的分開,他們是有聯系的,但這種聯系是基因交流的結果還是古老成分的影響,我們目前還需要做更多的研究。

  另外一個有意思的現象,我們想了解是不是所有東亞人跟田園洞人是一樣的距離,有沒有可能某一個人群相對別的東亞人群,跟田園洞人要更近一些?或者美洲土著人中某些人跟田園洞人更近呢?我們發現其中美洲土著人中的亞馬遜人群,相對于別的美洲人群來講,他會跟田園洞人更近。其實在之前的研究中,有人發現大洋洲某一些人群,也是跟亞馬遜人群相對別的美洲土著人要近,這種情況下田園洞人告訴我們更多的資訊是什么呢?就是說在四萬年前,這種特殊的人群就已經存在了,而且它同時反映了當時東亞人的復雜性。因為這里看到,這種影響在我們現在東亞人中,并沒有看到,也就是說現代的東亞人并沒有對美洲土著人的亞馬遜人群有更大的影響。所以反過來也告訴我們當時東亞的遺傳結構是非常復雜的。

  所以總體來講,我們了解到了至少在幾萬年前,大概在四萬年前后,有不同支系的人群存在于非洲,但是這個非洲人既不是東亞人,也不是歐洲人,同時存在了像以田園洞人為代表的東亞人,還存在了三萬七千年的以歐洲人為代表的個體,另外還存在一個未知的支系。所以在整體情況下,讓我們知道當時整個歐亞大陸人群是非常復雜的,而且這個過程中不同人群的反轉還有他的聯系,也讓我們知道當時的人群是非常復雜的。所以我們之后還會做更多的研究,來了解當時的人群,甚至之后的人群對我們現在人群的影響。

  那么第二個問題,在這種共存的時間里,我們有沒有可能找到像我們這里看到的這一幕,有沒有可能看到直接的對話?這里看到的是尼安德特人的模型,這邊是一個小女孩,有可能,但是我先不說可能性。我們先了解下到底滅絕的古人類有什么特點?每一種古人類我們舉一個例子,比如丹尼索沃人和阿爾泰尼安德特人都是在丹尼索沃洞穴發現的。其中丹尼索沃人,我們最后獲得了30X的基因組,30X的基因組的質量其實是可以跟使用現在人的DNA獲得的基因組相媲美的,而這些DNA是從哪里獲得的呢?就是從這里小手指上的一丁點中的10毫克獲得的。

  那么我們得到什么資訊呢?非常簡單地告訴大家,首先丹尼索沃人相對于現代人來講,跟尼安德特人更近,他們分離的時間大概在四十三萬年前。而尼安德特和丹尼索沃人整體跟現代人分離時間大概在60萬年到80萬年之間。而丹尼索沃人,剛剛也提到了他對于大洋洲人群有影響,但事實上除了大洋洲以外,他還對東亞人有一定的影響。也就是說在東亞人中,也有少量的丹尼索沃人,而且最近Cell上發了一篇文章,關于了解丹尼索沃人在整個亞洲,他發生事件的可能有幾次,研究發現可能存在兩種。一種是針對大洋洲的,一種是針對東亞的,而且針對東亞這個丹尼索沃人的支系,會比針對大洋洲的丹尼索沃人的支系更古老。

  在這種情況下,尼安德特人是什么樣子的呢?我們可以看到,他對除了非洲以外的所有別的區域的人群,都有影響。而且也因為這個,很多人猜測他發生的地點很有可能是在中東這個區域,也就是說在歐亞人群沒有分化之前,才能使得相關人群能擴展到這么大的區域。

  這個在阿爾泰發現的尼安德特人,我們只是選了這么點骨粉,獲得的基因組中發現它有非常強的純合性。比如說這個染色體,有將近一半是純合的,也就是說他父親和母親提供的遺傳信息是一模一樣的。這意味著什么?如果我們通過數據模擬,可以分析出來他是近親產生的后代,他很有可能是堂兄妹這種關系產生的,還有可能是祖孫之間產生的,另外一種可能是兄妹產生的,還有可能是叔侄產生的,所以他的近親繁殖非常厲害。但這只是這個個體本身,并不意味著尼安德特人所有人群都是這樣。

  總結一下剛剛我們聽到的信息,尼安德特人的混合主要是針對整個歐亞大陸的人群,有1%到2%,但是我在這里要提到,其實尼安德特人里,東亞人的尼安德特人成分會比歐洲人高一些,而且在東亞人中,比如說II型糖尿病,其實高發性相對比較高,也跟尼安德特人有一定的關系。此外就是丹尼索沃人,他主要影響的是這個區域,但是這個區域你可以看到他整個遺傳本身的特點是非常相似的,但它是以這里為界,這之上的人群是沒有丹尼索沃成分的,這之下的人群是有丹尼索沃成分的。所以雖然這里所有的人群他們的遺傳本身是相似的,但是他們丹尼索沃的混合是不一樣的。而且還有一個很有意思的現象,東亞人中的0.1%到0.2%,其中尤其是針對于西藏人的影響。主要體現在哪里呢?體現在EPAS1這個基因,最近發現在與西藏人的高原適應性相關的EPAS1基因中,將近80%的西藏人都有跟丹尼索沃人相似的特點,這種適應性跟丹尼索沃的成分有很大的聯系。

  古人類對于當時早期現代人的影響

  剛剛說到的都是古人類對于現在人群的影響,那么古人類對于當時早期現代人的影響是什么樣子?我們了解一下從四萬五千年到最近這段時間,你可以看一下不同的時間里尼安德特人成分的變化,它是不斷下降的。而且最重要的是,在三萬七千年到一萬四千年前的這個階段,他并沒有受到外來人群的影響,所以這個階段,他并不能用外來人群對它的稀釋來解釋,所以很有可能跟它的選擇性有很大的關系。

  而且我們還可以利用尼安德特人跟早期現代人的基因交流,來計算當時發生事件的時間。為什么可以計算這個時間?主要原因就在于,比如說第一代的時候,其實有一半的染色體是來源于尼安德特人,一半是來源于現代人。那么在產生第二代的過程中,最早那一代的尼安德特人的成分是在不斷被打斷的。所以我們可以利用這種不斷被打斷的信息,返算當時發生的時間。

測定與尼安德特人發生基因交流的時間測定與尼安德特人發生基因交流的時間

  那么也是利用這個特點,我們通過四萬五千年前的個體,可以看到這個個體中,他就有相對于別的現代個體中的要長很多的區域,然后通過數據模擬還有計算方法等等,我們計算出大概尼安德特人跟現代人發生基因交流的時間,是距今五到六萬年前。而且另外一個研究也是通過另外一個個體,也算出同樣的時間,大概五到六萬年前。而且基于這個研究,在2014年的時候,被《自然》評為十大科學事件之一。

早期現代人中尼安德特人的基因含量在不斷下降早期現代人中尼安德特人的基因含量在不斷下降

  大家可能還注意到了,在尼安德特人的基因降低的過程中,大多數都在這條線上,但是有一個特例,就是這里的Oase1個體。他的尼安德特人成分非常高,遠遠超過了任何個體。但這個個體不是最古老的,他距今四萬年前,最古老的四萬五千年前的個體都沒有他的高。通過研究,我們首先知道,這個個體是在羅馬尼亞發現的,而且距今大概四萬年前。我們當時取了非常少的骨粉,獲得了相關的基因組。而且這個基因組告訴我們非常有意思的現象,他有將近一半的染色體是跟尼安德特人有關系的。

  結合我剛剛說的重組分布打斷的特點,其實大家很快就能算出來,他很有可能是很近發生的,當然這里是一個染色體。當我們看到整個22對常染色體的時候,我們就發現不光是這一個,還有別的地區都有這樣的特點。所以利用他這個片斷的分布,還有數據模擬,還有一些別的方法,我們算出來對于這個個體來講,四到六代之前有一個尼安德特人是他的直接祖先。

家譜樹家譜樹

  那么如果我們把他放在家譜樹上,算他的含量,他大概是在三到五代之間,如果利用尼安德特人的片斷計算,大概是四到六代之間,也就是說這個個體中的曾曾曾祖父母中,有一個尼安德特人。

  這除了告訴我們它本身的含義,還告訴我們一個信號,整個現在的人群,他獲得尼安德特人(基因)很有可能是在近東這個區域,而且是一次事件,而且距今大概五到六萬年前。那么這個個體他是在羅馬尼亞歐洲,而且距今大概四萬年前,不到兩百代之內就發生了。那么這至少告訴我們,尼安德特人跟現代人的基因交流不是一次事件,很有可能是多次,而且發生的地點也不局限于近東,也有可能在別的區域也有。大家獲得的信息只是其中的一部分,我們希望做更多的工作,來了解我們是誰,我們從哪里來。我們也希望我們能夠堅持下去,永不放棄!

  注:根據付巧妹研究員2018年4月21日在墨子沙龍的報告改編,圖片來源于付巧妹研究員PPT。

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